بخشی از مقاله
چکیده
یکی از هدفهاي مهم در آزمون ضربه سقوطی بدست آوردن مقدار انرژي شکست به منظور ارزیابی بهتر خواص فولاد موردنظر می باشد. هدف از این مقاله شبیه سازي آزمون ضربه سقوطی با استفاده از نرم افزار آباکوس و بدست آوردن منحنی نیرو – تغییرمکان است.نمونه مورد بررسی در این آزمایش فولاد API X65 از نوع شیاردار لبه اي با سطح مقطع مستطیلی میباشد.
این فولاد کاربرد وسیعی در صنعت انتقال گاز و نفت ایران دارد. با اندازه گیري سطح زیر این نمودار، مقدار انرژي شکست بدست میآید . این آزمایش مشابه آزمایش خمش سه نقطهاي میباشد، با این تفاوت که سرعت ضربه بسیار بالا است. در این شبیهسازي نمونه مورد نظر به صورت سه بعدي مدلسازي شده است. در ادامه با تعریف خواص مکانیکی فولاد API X65و ضرایب مدل آسیب گرسون مسئله حل شده است.در انتها با رسم منحنی نیرو - تغییر مکان مقدار انرژي شکست محاسبه و با نتایج آزمایش-هاي مشابه مقایسه شده است. مقایسه این نتایج تطابق مناسبی با آزمایشهاي مشابه صورت گرفته و همین طور داده هاي تجربی دارد.
١- مقدمه
آزمایش ضربه سقوطی1 یک آزمون استاندارد صنعتی است که از آن براي تعیین مقاومت یک ماده در برابر شکست استفاده میشود. در این آزمون نمونه روي دو سندان قرار گرفته و چکش با جرم زیاد از ارتفاع مشخص بر روي نمونه - قسمت وسط آن - سقوط میکند. در اثر برخورد چکش، نمونه شیاردار2 به طور کامل شکسته شده و با استفاده از حسگرهایی که روي چکش ضربه زننده نصب شده است، مقدار ولتاژ برحسب زمان برخورد گزارش میشود. جنس این حسگرها پیزوالکتریک میباشد که در اثر تغییر شکل از خود ولتاژ آزاد میکنند. دستگاه آزمایشگاهی مطابق شکل 1 - شامل اسیلوسکپ و کامپیوتر - این ولتاژ را بر حسب زمان گزارش میدهد.
شکل : - 1 - تصویر دستگاه آزمون ضربه سقوطی استفاده شده در تحقیق حاضر
دادههاي حاصل از آزمون تجربی توسط عاشوري - عاشوري، - 1390 براي فولاد API X65 گزارش شده است. به طور مشابه اشترنلیخت و همکارانش - - Shterenlikht, 2004در سال 2004 در آزمون شارپی براي فولاد X80 به صورت تجربی و با استفاده از روش المان محدود مقدار انرژي شکست را محاسبه کردند. در آزمونی مشابه که در سال 2011 توسطعلی و همکارانش - - Ali, 2011صورت گرفت، چقرمگی شکست دینامیکی براي فولاد کم کربن 1050 و آلومینیوم 6061 بدست آمد. شبیه سازي شکست نرم با استفاده از نرم افزار اجزاء محدودنیز در سال 2011 توسط چانگ سیک اوهو همکارانش - Chang-Sik Oh, 2011 - مورد بررسی قرار گرفت.
در مقاله حاضر از فولاد X65APIکه کاربرد زیادي در صنعت انتقال نفت و گاز ایران دارد، استفاده شده است. ابتدا نمونه شیاردار لبهاي در نرم افزار آباکوس به صورت سه بعدي مدلسازي شده است. سپس با تعریف خواص مکانیکی و ضرایب مدل آسیب گرسون 3 مسئله حل شده است. در انتها نیز با بدست آوردن منحنی نیرو – تغییر مکان مقدار انرژي شکست محاسبه شده و با نتایج بدست آمده از آزمون هاي مشابه مقایسه شده است.
-2 هندسه نمونه و خواص مکانیکی فولاد API X65
نمونه مورد آزمایش فولاد API X65 از نوع شیاردار لبهاي با سطح مقطع مستطیلی میباشد . در شکل 2 هندسه نمونه آورده شده است. این نوع از لوله انتقال گاز طبیعی با قطر خارجی 1219 mm و ضخامت 14/3 mm در راستاي عرضی - جهت محیطی لوله - ماشین کاري شده است. همچنین مطابق استاندارد BS7910 شیار آن در جهت طولی لوله میباشد.
شکل : - 2 - هندسه نمونه با شیار لبهاي تحت بار ضربهاي
در این شکل L طول نمونه، S فاصله بین دو تکیهگاه، W ارتفاع،B عرض و a عمق شیار است. جدول 1 مقدار عددي این پارامترها را نشان میدهد.
جدول - : - 1 ابعاد و اندازههاي نمونه
خواص مکانیکی فولاد X65 در جدول 2 آورده شده است.جدول 3 نیز خواص پلاستیک این فولاد را نشان میدهد.
جدول : - 2 - خواص مکانیکی فولاد API X65
